遇水膨胀橡胶的制备与应用研究

【摘要】遇水膨胀橡胶（也称吸水膨胀橡胶）是一种新型的高分子材料。这种材料是在橡胶基材中引入了吸水组分，使其不仅保留了橡胶本身优良的力学和弹性，同时具备了一定的吸水能力。这种产品具有弹性密封和吸水膨胀密封的双重止水性能，具备非常广阔的市场价值和应用空间，可以应用于建筑防水、油田开采、医疗卫生等诸多方面。本文选择丁苯橡胶、丁腈橡胶为主要基材，交联聚丙烯酸钠为吸水组分，采用机械共混的方法制备出吸水膨胀橡胶。研究探讨了吸水组分的用量、填料的种类、增容剂的用量、PEG的用量、丁腈橡胶的加入量等单因素的变量对吸水膨胀橡胶性能的影响。重点考查了试样30天最终吸水膨胀倍率，质量流失率等吸水性能，同时也考察了试样吸水前的拉伸强度和断裂伸长率等力学性能。并且在此基础上，观察了不同配方的微观形貌。实验证明，吸水树脂用量的增加能显著提高试样的吸水速率和吸水倍率，但力学性能却有所下降。适当的添加增容剂能够改善两相的相容性，同时提高组分的吸水性能。填料对吸水膨胀橡胶的吸水性能和力学性能均有一定的影响，本文尝试用白炭黑或者碳酸钙部分替代炭黑对橡胶进行补强，同时也尝试采用白炭黑和碳酸钙并用来替代炭黑以补强橡胶的方法，试验证明：碳酸钙或白炭黑的加入能提高吸水膨胀橡胶的吸水性能，但会使试样的力学性能有所下降。适量的加入PEG能提高吸水膨胀橡胶的吸水性能，但PEG的加入同样会降低试样的力学性能。在橡胶基材的选择上，本文尝试将丁腈橡胶与丁苯橡胶共用做为吸水膨胀橡胶的基体，试验证明：在橡胶基材中适当的添加丁腈橡胶能够提高试样的吸水能力，但丁腈橡胶在橡胶基体中的比例过高，反而会降低吸水橡胶的膨胀能力。为了模拟吸水膨胀橡胶的实际工作环境，本文考察了吸水膨胀橡胶的在不同液体中的吸水膨胀倍率。分别考察了不同浓度的NaCl，MgCl2，CaCl2溶液对吸水膨胀橡胶吸水性能的影响，而后又考察了酸溶液和碱性溶液对吸水膨胀橡胶的吸水性能的影响。试验表明，吸水膨胀橡胶在纯净水中的吸水膨胀性能最好，在同种液体中，随着溶液中离子浓度的增加，吸水膨胀橡胶的吸水性能逐渐下降，在同样的离子浓度下，二价离子对组分吸水能力的影响更明显。酸性溶液和碱性溶液均对式样的吸水性能有一定的影响，并且随着溶液酸碱性的增强，试样的吸液倍率逐渐下降。为了考察盐溶液对吸水膨胀橡胶膨胀性能的抑制程度，本文将试样在不同浓度的盐溶液浸泡6小时后，用蒸馏水进行冲洗三遍之后，在纯净水中浸泡，经过30天之后，吸水膨胀橡胶的膨胀性能几乎没有损失，由此可见：在一定时间，盐离子对吸水膨胀橡胶的抑制作用是可逆的，经过纯净水的清洗，橡胶的膨胀能力可以恢复。
【作者】赵婷婷；
【导师】梁继才；
【作者基本信息】吉林大学，材料学，2014，硕士
【关键词】吸水膨胀橡胶；机械共混；增容；交联聚丙烯酸钠；丁苯橡胶；

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